MEMS工艺(4体硅微加工技术)梁庭(2).ppt

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1、湿法腐蚀的缺点：图形受晶向限制，深宽比较差，倾斜侧壁，小结构粘附。四、干法腐蚀狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的化学过程对材料表面的加工广义上的干法刻蚀则还包括除等离子体刻蚀外的其它物理和化学加工方法，例如激光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以及喷粉加工等。干法刻蚀的优点：具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的选择比大、能进行自动化操作等干法刻蚀的过程：腐蚀性气体离子的产生离子向衬底的传输吸附及反应衬底表面的腐蚀钝化及去除腐蚀反应物的排除干法腐蚀的主要形式：*纯化学过程：（等离子体腐蚀)*纯物理过程：(离子刻蚀、离子束腐蚀）*物理化学过程：反应离子腐蚀RIE，感应耦合等离子体刻

2、蚀ICP.在物理腐蚀方法中，利用放电时所产生的高能惰性气体离子对材料进行轰击，腐蚀速率与轰击粒子的能量、通量密度以及入射角有关；在化学腐蚀中，惰性气体（如四氟化碳）在高频或直流电场中受到激发并分解（如形成氟离子），然后与被腐蚀材料起反应形成挥发性物质；在物理化学结合的方法中，既有粒子与被腐蚀材料的碰撞，又有惰性气体与被腐蚀材料的反应。反应离子刻蚀反应离子刻蚀（Reactiveionetch）是在等离子中发生的。随着材料表层的“反应－剥离－排放”周期循环，材料被逐层刻蚀到制定深度。衡量反应离子刻蚀的指标：掩模的刻蚀比刻蚀的各向异性程度其它：刻蚀速率、刻蚀均匀性等等离子腐蚀利用气体辉光放电电离

3、和分解稳定的原子所形成的离子和活性物质，与被腐蚀的固体材料作用，产生挥发性的物质或气态产品。刻蚀过程主要是化学反应刻蚀，是各向同性的，主要作为表面干法清洗工艺。•离子轰击的作用：1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏；2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉DRIE、ICP刻蚀工艺1.现象（1）各向同性腐蚀（2）各向异性腐蚀（3）溅射腐蚀等离子体腐蚀的主要现象和特点（1）速率高（2）环境清洁，工艺兼容性好。（3）掩膜选择性好>30：1（4）表面光洁度好，应力集中少（5）无晶向限制主要特点（1）好的截面形状，易于满足铸模要求。（2）高的腐蚀速率，适于体硅要求。（3）利用各向同性腐蚀，满足牺牲层腐

4、蚀要求。（4）可用于活动结构制作。（5）可用于高深宽比结构制作。适应性反应离子深刻蚀改善刻蚀的方向性，即各向异性，一直是反应离子刻蚀技术发展过程中不懈追求的目标。完全化学刻蚀是各向同性的，完全的物理刻蚀虽然有很好的方向性，但有很差的选择性，即掩模本身经受不了长时间的刻蚀。电感耦合等离子体（ICP），Bosch工艺反应离子深刻蚀的要求：需要较高的刻蚀速率，否则刻穿500um厚的硅片需要太长的时间；需要极好的各向异性，即刻蚀的边壁垂直。除了离子物理溅射之外，反应离子刻蚀从本质上是各向同性，为了阻止或减弱侧向刻蚀，只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一层抗刻蚀的膜。Bosch工艺和Cryogenic工艺

5、所谓Bosch工艺就是在反应离子刻蚀的过程中，不断在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化八氟环丁烷离化后在底面和侧壁形成聚合物钝化层。通入刻蚀气体SF6刻蚀掉底部钝化层，并进一步刻蚀硅。新暴露的侧壁被新的钝化层覆盖。离子溅射刻蚀离子溅射刻蚀是纯粹的物理刻蚀过程，氩气是最通用的离子源气体。反应气体刻蚀利用二氟化氙XeF2在气态可以直接与硅反应生成挥发性SiF4产物的性质，可以对硅表面进行各向同性刻蚀。参数干法腐蚀湿法腐蚀方向性对大多数材料好仅对单晶材料（深宽比高达100）生产自动化程度好差环境影响低高掩模层粘附特性不是关键因素非常关键选择性相对差非常好待腐蚀材料仅特定材料所有工艺规模扩大困难容易清洁

6、度有条件地清洁好到非常好临界尺寸控制非常好（<0.1µm）差装置成本昂贵较昂贵典型的腐蚀率慢（0.1µm/min）到快（6µm/min）快（1µm/min以上）操作参数多很少腐蚀速率控制在缓慢腐蚀时好困难干法刻蚀与湿法腐蚀对比其它物理刻蚀技术激光微加工技术飞秒激光对材料表面的辐照时间如此之短，激光的能量没有时间转化为热量扩散到相邻区域；激光微加工是一种快速成型技术，不需要曝光、显影、刻蚀的中间步骤，不受材料形状与大小的限制；喷墨打印头上的孔激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：◎强度高，亮度大◎波长频率确定，单色性好◎相干性好，相干长度长◎方向性好，几乎是一束平行光工作原理激光加工

7、当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源Real固体激光器◎YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器◎红宝石激光器◎混合气体：氦约80%，氮约15%，CO